共晶盐/陶瓷复合相变材料的制备和性能研究

选取NaCl-MgCl_(2)共晶盐为相变材料(PCM),α-Al_(2)O_(3)为封装材料,采用放电等离子烧结(SPS)工艺制备了6种不同质量比的NaCl-MgCl_(2)共晶盐/α-Al_(2)O_(3)陶瓷中高温复合相变材料(CPCM)。借助SEM、EPMA、XRD、TG-DSC和高温激光热导仪等测试方法,分析了CPCM的微观结构和热力学性能。利用有限元模拟分析了CPCM的吸放热速率。结果表明,CPCM的微观结构致密,各元素的分布比较均匀,盐的共晶性好。CPCM各物质没有发生化学反应,具有很好的化学稳定性。550℃烧结后,α-Al_(2)O_(3)陶瓷有效地降低了NaCl-MgCl_(2)共晶盐在高温下的失重率。CPCM的整体热导率有了明显的提高,加快了吸放热速率。CPCM的熔点为408.7℃,相变潜热为142.6 J/g,500~650℃有良好的热稳定性。为共晶盐/陶瓷CPCM的制备和表征提供了新颖的实验依据。

事故容错燃料结构对导热性能影响的计算

事故容错热导率增强型核燃料的研究关注点主要在于制备工艺的优化和导热性能的改善,而微观结构的调控是改善导热性能的主要手段之一。目前国内外提出的事故容错燃料,主要是在基体颗粒中添加高热导率的颗粒以提高容错燃料的热导率。本文建立了事故容错燃料的三维有限元模型,采用Ansys Workbench对不同容错燃料热导率进行数值模拟,计算分析了二氧化铀基体中添加氧化铍颗粒时,颗粒的形状、空间取向、排列方式、大小等对热导率的影响,获得了热导率随氧化铍颗粒形状、空间取向、排列方式、大小等变化的规律。

基于氘氚中子源硼中子俘获治疗的中子慢化整形研究

硼中子俘获治疗(Boron Neutron Capture Therapy,BNCT)是一种具有广阔前景的癌症治疗方法。氘氚中子源是未来可供选择的BNCT中子源之一,由于氘氚中子源产生的中子能量为14.1 MeV,不能直接用于BNCT,需要进行束流慢化整形。使用蒙特卡罗模拟程序MCNP5设计了相应的束流整形组件(Beam Shaping Assembly,BSA),模拟验证了用半径为14 cm的天然铀球做中子倍增层的优越性,计算结果表明:采用50 cm厚的BiF3和10 cm厚的TiF3组合慢化层,17 cm厚的AlF3补充慢化层,0.2 mm厚的Cd热中子吸收层,3.5 cm厚的Pb作为γ屏蔽层,以及10 cm厚的Pb反射层,获得了较为理想的治疗中子束,输出中子束的空气端参数满足国际原子能机构(International Atomic Energy Agency,IAEA)的建议值。

1MWth火星表面热管熔盐堆堆芯初步中子学设计

核反应堆由于其能量密度高、功率质量比高和尺寸小等优点,成为未来载人火星探测任务的主要能源供给。为此,结合熔盐堆与高温热管技术,提出了寿期大于5 a的1 MWth火星表面热管熔盐堆(Martian Surface Molten Salt Reactor,(MS)2R)方案。采用MCNP(Monte Carlo N particle Transport Code)和MOBAT开展了(MS)2R的堆芯尺寸和反应性控制的优化设计,给出了堆芯物理设计参数:堆芯的高度和直径分别为90.94 cm和88.94 cm,富集铀装量为146.08 kg,堆本体质量为2.09×10^(3)kg;反应性控制的控制鼓采用厚度1.8 cm、包角120°的B4C(10B含量为90%)中子吸收体。分析结果表明:(MS)2R可实现满功率(1 MWth)运行5 a,并满足堆芯最小化、轻量化的需求;控制鼓布置能够满足反应堆寿期内的临界安全要求,且热管数量能够满足传热安全限值。本研究可为火星表面热管熔盐堆提供设计参考。